ZESZYTY NAUKOWE NR 5(77) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE

Transkrypt

1 ISSN Jan Krupowies ZESZYTY NAUKOWE NR 5(77) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE OBSŁUGIWANIE MASZYN I URZĄDZEŃ OKRĘTOWYCH OMiUO 2005 Analiza statystyczna zmian parametrów eksploatacyjnych olejów smarowych okrętowych silników spalinowych Słowa kluczowe: okrętowe silniki pomocnicze, parametry eksploatacyjne oleju, współczynniki korelacji i równania regresji, analityczny wskaźnik starzenia oleju Dokonano analizy statystycznej zmian parametrów eksploatacyjnych różnych gatunków olejów smarowych produkcji firm zachodnich, użytkowanych w okrętowych tłokowych silnikach spalinowych. Opracowano analityczne wskaźniki starzenia tych olejów w monitorowanych silnikach. Statistical Analysis of Changes in Operational Parameters of Marine Diesel Engine Lubrication Oils Key words: marine auxiliary engines, oil operational parameters, correlation coefficients and regression equations, analytic index of oil ageing A statistical analysis of changes made in operational parameters of various kinds of lubrication oils produced by Western firms used in marine piston diesel engines has been completed. Analytic ageing indexes of these oils in tested engines have been calculated. 331

2 Jan Krupowies Wstęp W opublikowanej wcześniej pracy autora [4] dokonano wstępnej analizy i oceny wielkości oraz częstości zmian parametrów użytkowych olejów smarowych firm BP i Shell, po różnym czasie ich pracy w okrętowych silnikach pomocniczych produkcji firm Sulzer i MAN-B&W, eksploatowanych na wybranych statkach PŻM. Analizę tę przeprowadzono w odniesieniu do wartości granicznych parametrów badanych olejów, w celu określenia ich jakości i przydatności do dalszej eksploatacji oraz monitorowania stanu technicznego silnika. Celem niniejszej pracy jest analiza statystyczna zmian parametrów tych olejów na podstawie obszernego materiału eksploatacyjnego prezentowanego w kilku monografiach autora [5, 6, 7]. W szczególności celem pracy jest wyznaczenie współczynników korelacji między parametrami eksploatacyjnymi olejów a czasem ich użytkowania oraz odpowiednich równań regresji, a także opracowanie analitycznego wskaźnika starzenia oleju w silniku. 1. Uwagi dotyczące starzenia eksploatacyjnego okrętowych olejów silnikowych Proces starzenia oleju smarowego podczas eksploatacji w okrętowym silniku spalinowym ma charakter losowy. Zależy on od bardzo wielu czynników: obiektywnych i subiektywnych, deterministycznych i stochastycznych, które trudno było przewidzieć i uwzględnić w przeprowadzonych badaniach eksploatacyjnych. Wiadomo, że proces ten zależy m.in. od stosowanych metod pielęgnacji oleju na statku (różnego typu filtrowanie i wirowanie oleju) oraz od jego odświeżania (dolewki oleju świeżego do systemu smarowego silnika). Na przebieg i jakość tych zabiegów autor nie miał wpływu, gdyż były one w gestii załóg maszynowych statków, tak jak i na pobieranie próbek oleju do analizy. W dokumentacji technicznej armatora brakowało także danych dotyczących ewidencji dolewek oleju świeżego, zapisów parametrów procesu jego oczyszczania (rodzaj i czas pracy filtrów, wirówek). Dlatego też zabiegi te potraktowano jako wydarzenia losowe. Z wymienionych wyżej przyczyn powstały ograniczenia i trudności w analitycznym opracowaniu rezultatów badań. Trudności te wynikają również z tego, że monitorowane okrętowe tłokowe silniki spalinowe charakteryzują się specyficznymi cechami [2], odróżniającymi je np. od masowo produkowanych silników samochodowych lub silników stosowanych w innych gałęziach transportu: 332

3 Analiza statystyczna zmian parametrów eksploatacyjnych olejów smarowych... wykonywane są w stosunkowo krótkich seriach; mają duże i bardzo duże moce; mają duże gabaryty i ciężary; posadowione są na fundamencie ulegającym deformacjom (falowanie morza, zmiana stanu załadowania statku itp.) W związku z tym do opracowania wyników badań trudno było zastosować model matematyczny. Posłużono się tu analizą statystyczną, w wyniku której wyznaczono równania regresji i współczynniki korelacji dla zmian analizowanych parametrów eksploatacyjnych olejów w funkcji czasu ich pracy w monitorowanych silnikach. Podjęto również próbę opracowania uogólnionego wskaźnika starzenia oleju w silniku, powiązanego z jego istotnymi parametrami eksploatacyjnymi. 2. Analiza statystyczna zmian parametrów eksploatacyjnych olejów silnikowych 2.1. Współczynniki korelacji (oleje silników pomocniczych) Korelacja między dwoma zmiennymi jest miarą siły liniowego związku między nimi. Stopień korelacji mierzony jest współczynnikiem korelacji. Na podstawie próby, często o małej liczności, można wyznaczyć tylko estymator rzeczywistego współczynnika korelacji na odpowiednim poziomie ufności. Najczęściej stosuje się współczynnik korelacji Pearsona R [1, 8]. W tabeli 1 przedstawiono współczynniki korelacji między parametrami fizykochemicznymi oleju a czasem pracy oleju oraz poziom istotności p, z jakim zostały wyznaczone wartości R dla wszystkich 52 monitorowanych silników pomocniczych. Uwaga: Im mniejsza jest wartość p, tym większy jest poziom ufności wyznaczonego współczynnika korelacji R, gdzie p poziom istotności wyznaczenia R. Przyjęte oznaczenia normatywnych parametrów oleju: L lepkość oleju, BN liczba zasadowa oleju, T temperatura zapłonu oleju, W zawartość wody w oleju, Z zawartość zanieczyszczeń w oleju. 333

4 Jan Krupowies Współczynniki korelacji między oznaczanymi parametrami olejów smarowych a czasem ich pracy w silnikach pomocniczych Coefficients of the correlation between designated lubrication oil parameters and their working time in auxiliary engines Tabela 1 Lp. Źródło danych L BN T W Z tab. 7 0,9025 0,8825 0,4049 0,7785 s. 49 [7] p = 0,005 p = 0,009 p = p = 0,368 p = 0,039 2 tab. 8 0,8052 0,8070 0,0671 0,5730 s. 50 [7] p = 0,016 p = 0,015 p = p = 0,874 p = 0,138 3 tab. 9 0,6384 0,9241 0,4097 0,4361 0,1460 s. 51 [7] p = 0,246 p = 0,025 p = 0,493 p = 0,463 p = 0,815 4 tab. 10 0,3788 0,2208 0,0550 0,3084 0,4108 s. 52 [7] p = 0,459 p = 0,674 p = 0,918 p = 0,552 p = 0,418 5 tab. 11 0,7252 0,1117 0,6121 0,5420 s. 53 [7] p = 0,103 p = 0,833 p = 0,197 p = p = 0,267 6 tab. 12 0,3881 0,3127 0,4168 0,6973 s. 54 [7] p = 0,447 p = 0,546 p = 0,411 p = p = 0,124 7 tab. 13 0,9497 0,4591 0,7346 0,0171 0,0902 s. 55 [7] p = 0,001 p = 0,300 p = 0,060 p = 0,971 p = 0,847 8 tab. 14 0,0364 0,3204 0,6232 0,1549 s. 56 [7] p = 0,932 p = 0,439 p = p = 0,099 p = 0,714 9 tab. 15 0,5453 0,8052 0,0061 0,0630 s. 57 [7] p = 0,162 p = 0,016 p = p = 0,989 p = 0, tab. 16 0,6849 0,6634 0,4543 0,2483 s. 58 [7] p = 0,090 p = 0,104 p = p = 0,306 p = 0, tab. 17 0,1410 0,9447 0,5741 0,5155 0,5265 s. 59 [7] p = 0,821 p = 0,015 p = 0,311 p = 0,374 p = 0, tab. 18 0,1320 0,8521 0,3454 0,6100 s. 60 [7] p = 0,803 p = 0,031 p = p = 0,502 p = 0, tab. 19 0,4854 0,7775 0,4097 0,5564 s. 61 [7] p = 0,329 p = 0,069 p = p = 0,420 p = 0,252 tab. 20 0,0867 0,8508 0,2294 0,3536 s. 62 [7] p = 0,853 p = 0,015 p = p = 0,621 p = 0,436 tab. 21 0,8822 0,8891 0,1237 0,1382 s. 63 [7] p = 0,004 p = 0,003 p = p = 0,770 p = 0,744 tab. 22 0,5265 0,5079 0,0543 0,2256 s. 64 [7] p = 0,180 p = 0,199 p = p = 0,898 p = 0,

5 Analiza statystyczna zmian parametrów eksploatacyjnych olejów smarowych... Tabela 1 (cd.) tab. 23 0,6294 0,0903 0,2877 0,7427 s. 65 [7] p = 0,095 p = 0,832 p = p = 0,490 p = 0, tab. 24 0,0927 0,5817 0,3134 s. 66 [7] p = 0,843 p = 0,171 p = p = p = 0, tab. 25 0,7541 0,3358 0,2615 0,7981 s. 67 [7] p = 0,031 p = 0,416 p = 0,532 p = p = 0, tab. 26 0,6311 0,1296 0,9644 s. 68 [7] p = 0,254 p = 0,835 p = p = p = 0, tab. 27 0,2619 0,0742 0,3331 0,7313 s. 69 [7] p = 0,616 p = 0,889 p = p = 0,519 p = 0, tab. 28 0,0869 0,0219 0,3668 0,3840 s. 70 [7] p = 0,838 p = 0,959 p = p = 0,371 p = 0, tab. 29 0,5099 0,2903 0,3915 0,3337 s. 71 [7] p = 0,197 p = 0,485 p = p = 0,337 p = 0, tab. 30 0,3959 0,1630 0,0912 s. 72 [7] p = 0,437 p = 0,758 p = p = p = 0, tab. 31 0,4578 0,4973 0,1033 0,0480 s. 73 [7] p = 0,254 p = 0,210 p = 0,808 p = p = 0, tab. 32 0,5631 0,4507 0,2828 0,4426 0,0634 s. 74 [7] p = 0,245 p = 0,370 p = 0,587 p = 0,379 p = 0, tab. 33 0,3405 0,5768 0,1260 0,9234 s. 75 [7] p = 0,509 p = 0,231 p = 0,812 p = p = 0, tab. 34 0,1560 0,1391 0,7456 0,0753 s. 76 [7] p = 0,712 p = 0,743 p = p = 0,034 p = 0, tab. 35 0,9247 0,6137 0,0756 0,1787 s. 77 [7] p = 0,001 p = 0,106 p = p = 0,859 p = 0, tab. 36 0,6703 0,3400 0,3519 0,2099 s. 78 [7] p = 0,069 p = 0,410 p = p = 0,393 p = 0, tab. 37 0,5619 0,1839 0,3658 0,2456 0,5901 s. 79 [7] p = 0,438 p = 0,816 p = 0,634 p = 0,754 p = 0, tab. 38 0,7491 0,1914 0,0235 0,2804 s. 80 [7] p = 0,251 p = 0,809 p = 0,976 p = p = 0, tab. 39 0,9968 0,9770 0,7530 0,7627 s. 81 [7] p = 0,003 p = 0,023 p = p = 0,247 p = 0, tab. 40 0,2795 0,3529 0,1681 0,2008 s. 82 [7] p = 0,544 p = 0,437 p = 0,719 p = p = 0, tab. 41 0,5442 0,1980 0,4912 0,2099 s. 83 [7] p = 0,264 p = 0,707 p = 0,322 p = p = 0,

6 Jan Krupowies Tabela 1 (cd.) tab. 42 0,6695 0,2307 0,2492 0,2053 0,8928 s. 84 [7] p = 0,146 p = 0,660 p = 0,634 p = 0,696 p = 0,017 tab. 43 0,4302 0,7825 0,4236 0,2523 0,1335 s. 85 [7] p = 0,394 p = 0,066 p = 0,403 p = 0,630 p = 0,801 tab. 44 0,7914 0,1751 0,4512 0,7795 s. 86 [7] p = 0,111 p = 0,778 p = p = 0,446 p = 0,120 tab. 45 0,5624 0,6124 0,6099 0,6568 s. 87 [7] p = 0,245 p = 0,196 p = p = 0,199 p = 0,156 tab. 46 0,1004 0,0158 0,3381 0,4828 s. 88 [7] p = 0,850 p = 0,976 p = p = 0,512 p = 0,332 tab. 14 0,2781 0,6559 0,4170 s. 101 [5] p = 0,505 p = 0,077 p = p = p = 0,304 tab. 15 0,2346 0,3328 0,0168 s. 102 [5] p = 0,576 p = 0,421 p = p = p = 0,969 tab. 16 0,5987 0,2699 0,6426 s. 103 [5] p = 0,117 p = 0,518 p = p = p = 0,086 tab. 18 0,4248 0,5576 0,1442 s. 105 [5] p = 0,254 p = 0,119 p = p = p = 0,711 tab. 19 0,0474 0,4583 0,0404 s. 106 [5] p = 0,904 p = 0,215 p = p = p = 0,918 tab. 20 0,5467 0,2506 0,0018 0,6510 s. 107 [5] p = 0,128 p = 0,516 p = p = 0,996 p = 0,058 tab. 22 0,0476 0,2327 0,2378 s. 109 [5] p = 0,911 p = 0,579 p = p = p = 0,571 tab. 23 0,3207 0,0017 0,3921 s. 110 [5] p = 0,439 p = 0,997 p = p = p = 0,337 tab. 24 0,6163 0,4148 0,6574 s. 111 [5] p = 0,104 p = 0,307 p = p = p = 0,076 tab. 26 0,9158 0,1199 0,1122 0,7364 s. 113 [5] p = 0,010 p = 0,821 p = p = 0,832 p = 0,095 tab. 27 0,1818 0,0943 0,7769 0,0723 s. 114 [5] p = 0,730 p = 0,859 p = p = 0,069 p = 0,892 tab. 28 0,3977 0,1995 0,2253 0,3047 s. 115 [5] p = 0,435 p = 0,705 p = p = 0,668 p = 0,557 Sposób i możliwość pozyskiwania próbek olejów do analizy (niezależne od autora i wymuszone rzeczywistym czasem eksploatacji statków) nie pozwalają na wyznaczenie dokładnych zależności między parametrami eksploatowanych olejów a czasem ich pracy. Pozwalają jednak na dokonanie porównań między parametrami, gdyż na wszystkie z nich miały wpływ przeprowadzane na 336

7 Analiza statystyczna zmian parametrów eksploatacyjnych olejów smarowych... statkach zabiegi pielęgnacyjne, które potraktowano jako czynnik losowy, ponieważ nie wiadomo kiedy i w jakim zakresie były one dokonywane. Na podstawie średniego współczynnika korelacji, który jest średnią z wartości bezwzględnych współczynników korelacji wyznaczonych dla parametrów wszystkich badanych próbek oleju z silników pomocniczych (tab. 2), stwierdzono, że wraz z upływem czasu pracy oleju najbardziej zmienia się jego lepkość, a następnie w kolejności: BN i zawartość zanieczyszczeń. Temperatura zapłonu oleju i zawartość w nim wody wykazują zdecydowanie najsłabszy związek z czasem pracy oleju. Zmiany temperatury zapłonu oleju i zawartości w nim wody są bowiem efektem zdarzeń incydentalnych, jakie mają miejsce w czasie eksploatacji (awarie układu paliwowego i układu chłodzenia). W miarę upływu czasu wzrasta jedynie prawdopodobieństwo ich wystąpienia. Wynika stąd, że najbardziej czułym wskaźnikiem starzenia oleju w silniku jest jego lepkość. Istotnymi wskaźnikami starzenia są również parametry: liczba zasadowa i zawartość zanieczyszczeń. Średnie współczynniki korelacji dla parametrów olejów z silników pomocniczych Average correlation parameters for oils in auxiliary engines L BN T W Z 0,4823 0,4219 0,1019 0,2108 0,4091 Tabela Równania regresji liniowej Oprócz współczynnika korelacji, równanie regresji liniowej jest bardzo wygodnym i skutecznym narzędziem do oceny zależności jednej zmiennej od drugiej [1, 3]. Muszą być jednak spełnione odpowiednie warunki, aby regresja spełniała swoją rolę. W tym celu wykorzystano w niniejszej pracy dwie wielkości świadczące o tym, na ile równanie regresji dobrze opisuje zmienność poszczególnych parametrów fizykochemicznych oleju. Są to: współczynnik determinacji (R 2 ) oraz test t [1]. Współczynnik determinacji, który jest kwadratem współczynnika korelacji, mówi o tym na ile upływ czasu wyjaśnia zmienność danego parametru. Natomiast test t weryfikuje hipotezę o liniowej zależności między zmiennymi. Na podstawie wyników badań wyznaczono równania regresji liniowej dla poszczególnych parametrów względem czasu pracy oleju. Równania te mają postać: zmienna = 0 1 B + B czas 337

8 Jan Krupowies Dla każdej zmiennej wyznaczono współczynnik determinacji (R 2 ), który mówi o tym, na ile upływ czasu wyjaśnia zmienność danej zmiennej oraz określono maksymalny poziom ufności (1 p), z jakim test t stwierdza liniowość zależności między zmienną a czasem. Jeżeli R 2 > 0,9, to równanie regresji bardzo dobrze opisuje zależność zmiennej od czasu. Jeżeli R 2 > 0,8, to równanie regresji dobrze opisuje zależność zmiennej od czasu. Jeżeli R 2 > 0,6, to równanie regresji zadowalająco opisuje zależność zmiennej od czasu. Jeżeli R 2 < 0,6, to równanie regresji niezadowalająco opisuje zależność zmiennej od czasu. Oleje silników pomocniczych Spośród 52 zbiorów próbek oleju obiegowego z silników pomocniczych wybrano te, w których co najmniej jeden parametr miał współczynnik determinacji większy od 0,6. W pozostałych przypadkach, w których współczynnik determinacji jest niski, równanie regresji niezadowalająco opisuje zmienność parametru w czasie pracy oleju. Trudność w uchwyceniu ścisłej zależności między parametrami oleju a czasem jego pracy związana jest z tym, że olej, którego próbki pobierano do badań, poddawany był różnym zabiegom pielęgnacyjnym, co zmieniało wartości parametrów fizykochemicznych w czasie prowadzenia badań. Poniżej w tabelach przedstawiono współczynniki równania regresji, współczynnik determinacji (R 2 ) oraz maksymalny poziom ufności (1 p), z jakim test t istotności współczynnika korelacji liniowej Pearsona stwierdza korelację między zmienną a czasem. Olej Energol IC-HF 303 z silnika pomocniczego nr 1 MAN-B&W/5L 23/30 na m/s Armia Krajowa (tab. 7, s. 49 [7]) Oil Energol IC-HF 303 from auxiliary engine no 1 MAN-B&W/5L 23/30 on board m/s Armia Krajowa (Table 7, p. 49 [7]) L 12,09 0, ,9 0,81 0,994 BN 25,59 0, ,88 0,779 0,991 Z 0,23 0, ,78 0,6 0,96 Tabela

9 Analiza statystyczna zmian parametrów eksploatacyjnych olejów smarowych... Olej Energol IC-HF 303 z silnika pomocniczego nr 2 MAN-B&W/5L 23/30 na m/s Armia Krajowa (tab. 8, s. 50 [7]) Oil Energol IC-HF 303 from auxiliary engine no 2 MAN-B&W/5L 23/30 on board m/s Armia Krajowa (Table 8, p. 50 [7]) L 11,74 0,0001 0,81 0,65 0,98 BN 37,35 0, ,81 0,65 0,98 Tabela 3.2 Olej Energol DL-MP 40 z silnika pomocniczego nr 3 Sulzer 5AL 25/30 na m/s Generał Bem (tab. 9, s. 51 [7]) Oil Energol DL-MP 40 from auxiliary engine no 3 Sulzer 5AL 25/30 on board m/s Generał Bem (Table 9, p. 51 [7]) Tabela 3.3 BN 12,38 0, ,92 0,854 0,97 Olej Energol DL-MP 40 z silnika pomocniczego nr 2 Sulzer 5AL 25/30 na m/s Generał Madaliński (tab. 13, s. 55 [7]) Oil Energol DL-MP 40 from auxiliary engine no 2 Sulzer 5AL 25/30 on board m/s Generał Madaliński (Table 13, p. 55 [7]) Tabela 3.4 L 10,85 0, ,95 0,9 0,999 Olej Energol DL-MP 40 z silnika pomocniczego nr 3 Sulzer 5AL 25/30 na m/s Mirosławiec (tab. 17, s. 59 [7]) Oil Energol DL-MP 40 from auxiliary engine no 3 Sulzer 5AL 25/30 on board m/s Mirosławiec (Table 17, p. 59 [7]) Tabela 3.5 BN 11,77 0,0009 0,945 0,89 0,98 Olej Energol IC-HF 303 z silnika pomocniczego nr 1 MAN-B&W/5L 23/30 na m/s Orlęta Lwowskie (tab. 18, s. 60 [7]) Oil Energol IC-HF 303 from auxiliary engine no 1 MAN-B&W/5L 23/30 on board m/s Orlęta Lwowskie (Table 18, p. 60 [7]) BN 21,44 0,0123 0,85 0,73 0,96 Tabela

10 Jan Krupowies Olej Energol IC-HF 303 z silnika pomocniczego nr 2 MAN-B&W/5L 23/30 na m/s Orlęta Lwowskie (tab. 19, s. 61 [7]) Oil Energol IC-HF 303 from auxiliary engine no 2 MAN-B&W/5L 23/30 on board m/s Orlęta Lwowskie (Table 19, p. 61 [7]) BN 23,6 0, ,78 0,605 0,93 Olej Energol IC-HF 303 z silnika pomocniczego nr 3 MAN-B&W/5L 23/30 na m/s Orlęta Lwowskie (tab. 20, s. 62 [7]) Oil Energol IC-HF 303 from auxiliary engine no 3 MAN-B&W/5L 23/30 on board m/s Orlęta Lwowskie (Table 20, p. 62 [7]) BN 22,13 0, ,85 0,73 0,98 Olej Energol IC-HF 303 z silnika pomocniczego nr 1 MAN-B&W/5L 23/30 na m/s Polska Walcząca (tab. 21, s. 63 [7]) Oil Energol IC-HF 303 from auxiliary engine no 1 MAN-B&W/5L 23/30 on board m/s Polska Walcząca (Table 21, p. 63 [7]) L 10,67 0, ,88 0,78 0,996 BN 26,114 0, ,89 0,79 0,996 Tabela 3.7 Tabela 3.8 Tabela 3.9 Olej Energol DL-MP 40 z silnika pomocniczego nr 2 Sulzer 6AL 20/24 na m/s Powstaniec Styczniowy (tab. 25, s. 67 [7]) Oil Energol DL-MP 40 from auxiliary engine no 2 Sulzer 6AL 20/24 on board m/s Powstaniec Styczniowy (Table 25, p. 67 [7]) Tabela 3.10 Z 2,53 0, ,8 0,64 0,98 Olej Energol DL-MP 40 z silnika pomocniczego nr 3 Sulzer 6AL 20/24 na m/s Powstaniec Styczniowy (tab. 26, s. 68 [7]) Oil Energol DL-MP 40 from auxiliary engine no 3 Sulzer 6AL 20/24 on board m/s Powstaniec Styczniowy (Table 26, p. 68 [7]) Tabela 3.11 Z 0,67 0, ,96 0,93 0,

11 Analiza statystyczna zmian parametrów eksploatacyjnych olejów smarowych... Olej Energol DL-MP 40 z silnika pomocniczego nr 3 Sulzer 5A 25/30 na m/s Syn Pułku (tab. 33, s. 75 [7]) Oil Energol DL-MP 40 from auxiliary engine no 3 Sulzer 5A 25/30 on board m/s Syn Pułku (Table 33, p. 75 [7]) Tabela 3.12 Z 4,26 0, ,92 0,85 0,991 Olej Energol IC-HF 303 z silnika pomocniczego nr 2 MAN-B&W/5L 23/30 na m/s Szare Szeregi (tab. 35, s. 77 [7]) Oil Energol IC-HF 303 from auxiliary engine no 2 MAN-B&W/5L 23/30 on board m/s Szare Szeregi (Table 35, p. 77 [7]) L 11,14 0, ,925 0,86 0,999 Tabela 3.13 Olej Energol DL-MP 30 z silnika pomocniczego nr 3 MAN-B&W/6T 23HH na m/s Uniwersytet Jagielloński (tab. 39, s. 81 [7]) Oil Energol DL-MP 30 from auxiliary engine no 3 MAN-B&W/6T 23HH on board m/s Uniwersytet Jagielloński (Table 39, p. 81 [7]) L 12,97 0, ,997 0,994 0,997 BN 7,54 0,0012 0,997 0,955 0,977 Tabela 3.14 Olej Energol DL-MP 30 z silnika pomocniczego nr 3 MAN-B&W/6T 23H na m/s Uniwersytet Wrocławski (tab. 42, s. 84 [7]) Oil Energol DL-MP 30 from auxiliary engine no 3 MAN-B&W/6T 23H on board m/s Uniwersytet Wrocławski (Table 42, p. 84 [7]) Z 1,58 0, ,89 0,8 0,98 Tabela 3.15 Olej Energol IC-HF 303 z silnika pomocniczego nr 1 MAN-B&W/5T 23LH4 na m/s Ziemia Chełmińska (tab. 43, s. 85 [7]) Oil Energol IC-HF 303 from auxiliary engine no 1 MAN-B&W/5T 23LH4 on board m/s Ziemia Chełmińska (Table 43, p. 85 [7]) BN 20,6 0, ,78 0,61 0,93 Tabela

12 Jan Krupowies Olej Energol IC-HF 303 z silnika pomocniczego nr 3 MAN-B&W/5T 23LH4 na m/s Ziemia Chełmińska (tab. 44, s. 86 [7]) Oil Energol IC-HF 303 from auxiliary engine no 3 MAN-B&W/5T 23LH4 on board m/s Ziemia Chełmińska (Table 44, p. 86 [7]) L 11,24 0,0006 0,79 0,63 0,89 Z 0,456 0, ,78 0,61 0,88 Tabela 3.17 Olej Shell Gadinia 40 z silnika pomocniczego nr 1 MAN-B&W L23/28 na m/s Generał Berling (tab. 26, s. 113 [5]) Oil Shell Gadinia 40 from auxiliary engine no 1 MAN-B&W L23/28 on board m/s Generał Berling (Table 26, p. 113 [5]) L 3,48 0, ,92 0,84 0,99 Tabela Analityczny wskaźnik starzenia oleju w silniku Spośród wszystkich współczynników korelacji między parametrami fizykochemicznymi olejów obiegowych a czasem ich pracy w silniku, wybrano te, dla których poziom istotności nie przekroczył 0,1 (p 0,1). Tabela 4 przedstawia liczbę przypadków eksploatacyjnych, w których współczynnik korelacji był wyznaczony na poziomie istotności p 0,1 oraz podaje średni współczynnik korelacji. Tabela 4 Średnie współczynniki korelacji Average correlation coefficients Parametry oleju L BN T W Z Liczba przypadków Średni współczynnik korelacji 0,8287 0,8456 0,7346 0,7152 0,7776 W związku z tym, że zmienne T i W bardzo rzadko wykazywały korelację z czasem na przyjętym poziomie istotności, dlatego w tabeli 3 podano średnie współczynniki korelacji. Obliczono je jako średnie z wartości bezwzględnych współczynników, wyznaczonych na poziomie istotności p 0,1. 342

13 Analiza statystyczna zmian parametrów eksploatacyjnych olejów smarowych... Ostatecznie więc średnie współczynniki korelacji między poszczególnymi parametrami olejów a czasem ich pracy w silniku wynoszą: Przyjęte współczynniki korelacji Assumed correlation coefficients Parametry oleju L BN T W Z Średni współczynnik korelacji 0,8287 0, ,7776 Tabela 5 Jak już zaznaczono wcześniej, próbki olejów pobierano w różnych warunkach eksploatacji, stąd tylko niewielki ich odsetek (tab. 4) wykazuje korelacje na odpowiednim poziomie istotności. Należy jednak przypuszczać, że gdyby próbki olejów pobierane były przez załogi maszynowe w sposób planowy i w jednakowych warunkach użytkowania, to powyższe zależności zachodziłyby dla znacznie większej liczby tych próbek (co potwierdzają inne prace autora oraz dane literaturowe). Na podstawie średnich współczynników korelacji oraz przy założeniu, że parametry oleju: L, BN, T, W, Z w 100% opisują proces starzenia oleju w silniku, wyznaczono współczynniki wagowe dla poszczególnych parametrów fizykochemicznych badanych olejów silnikowych: Współczynniki wagowe dla istotnych parametrów oleju Weight coefficients for essential oil parameters Parametry oleju L BN T W Z Współczynnik wagowy 0,338 0, ,317 Tabela 6 Współczynnik wagowy wyjaśnia, jaki wpływ na proces starzenia mają poszczególne zmienne. Parametry: L, BN, Z mają mniej więcej jednakowy wpływ na proces starzenia oleju. Wykorzystując współczynniki wagowe oraz wartości krytyczne poszczególnych parametrów, określono analityczny wskaźnik starzenia oleju AWSO. W związku z tym, że lepkość używanego oleju musi zawierać się w zakresie dopuszczalnych zmian wartości w stosunku do lepkości świeżego oleju, tj. w przedziale przyjętego w eksploatacji minimum i maksimum, AWSO przedstawiono dla każdego rodzaju oleju dwoma równaniami, w zależności od tego, czy lepkość kinematyczna (L) eksploatowanego oleju osiąga wartości zbliżone do górnej dopuszczalnej granicy, czy też zbliża się do dolnej wartości krytycznej. Dlatego przedział dopuszczalnych wartości L podzielono dokładnie na pół i dla wartości przekraczających średnią stosuje się pierwszy wzór, a dla wartości poniżej średniej drugi wzór. 343

14 Jan Krupowies Przekroczenie wartości krytycznej parametru eksploatacyjnego oleju musi spowodować wymianę częściową lub całkowitą oleju, albo podjęcie innych stosownych czynności naprawczych. Przedstawiony poniżej analityczny wskaźnik starzenia oleju AWSO jest miarą, która wskazuje, jak daleko zmieniły się wartości parametrów (najistotniejszych dla procesu starzenia oleju), w stosunku do wartości parametrów świeżego oleju oraz na ile zbliżają się one do wartości krytycznych. AWSO skonstruowano tak, aby przyjmował wartości z przedziału 0,1. Uzyskano to w ten sposób, że bezwzględny analityczny wskaźnik starzenia oleju, który występuje w liczniku poniższych wzorów, podzielono przez jego wartość dla parametrów oleju świeżego. Wartość 1 odpowiada wartościom parametrów oleju świeżego, a wartość 0 przyjęto dla oleju używanego, którego parametry osiągnęły wartości krytyczne. Podane poniżej wartości liczbowe L są średnimi z przedziału dopuszczalnych wartości lepkości używanego oleju w odniesieniu do oleju świeżego. Dla poszczególnych olejów smarowych wyrażenia na AWSO będą miały następującą postać: 1) Olej Energol IC-HF 303 Jeżeli L 12,075 mm 2 /s, to: L 14,95 BN 15 Z 2 0, ,345 0,317 14, ,74 Jeżeli L < 12,075 mm 2 /s, to: L 9,2 BN 15 Z 2 0, ,345 0,317 9, ,7465 2) Olej Energol IC-HF 304 Jeżeli L 14,7 mm 2 /s, to: L 18,2 BN 15 Z 2 0, ,345 0,317 18, ,74 Jeżeli L < 14,7 mm 2 /s, to: L 11,2 BN 15 Z 2 0, ,345 0,317 11, ,

15 Analiza statystyczna zmian parametrów eksploatacyjnych olejów smarowych... 3) Olej Energol DL-MP 40 Jeżeli L 14,7 mm 2 /s, to: L 18,2 BN 4,5 Z 2 0, ,345 0,317 18,2 4,5 2 0,74 Jeżeli L <14,7 mm 2 /s, to: L 11,2 BN 4,5 Z 2 0, ,345 0,317 11,2 4,5 2 0,7465 4) Olej Energol DL-MP 30 Jeżeli L 12,075 mm 2 /s, to: L 14,95 BN 4,5 Z 2 0, ,345 0,317 14,95 4,5 2 0,74 Jeżeli L < 12,075 mm 2 /s, to: L 9,2 BN 4,5 Z 2 0, ,345 0,317 9,2 4,5 2 0,7465 5) Olej Shell Gadinia 40 Jeżeli L 15,12 mm 2 /s, to: L 18,72 BN 6 Z 2 0, ,345 0,317 18, ,74 Jeżeli L < 15,12 mm 2 /s, to: L 11,52 BN 6 Z 2 0, ,345 0,317 11, ,

16 Jan Krupowies Wnioski 1. Na podstawie wyznaczonych w pracy średnich współczynników korelacji Pearsona można stwierdzić, że: najsilniejszy związek zachodzi między lepkością oleju a czasem jego pracy w silniku. Wynika stąd, że najbardziej czułym sygnałem diagnostycznym starzenia eksploatacyjnego oleju silnikowego są zmiany jego lepkości, a następnie w kolejności: zmiany liczby zasadowej oleju i zawartych w nim zanieczyszczeń; zmiany temperatury zapłonu oleju i zawartości w nim wody wykazują zdecydowanie najsłabszy związek z czasem pracy oleju, gdyż są one efektem zdarzeń incydentalnych w czasie eksploatacji (np.: awaryjne przecieki paliwa i wody chłodzącej do systemu oleju smarowego silnika). 2. Opracowany analityczny wskaźnik starzenia oleju AWSO ma charakter uogólnionego wskaźnika starzenia eksploatacyjnego oleju silnikowego, powiązanego z pozostałymi istotnymi dla tego procesu parametrami oleju, tj. liczbą zasadową (BN) i zawartością zanieczyszczeń w oleju (Z). Takie parametry, jak temperatura zapłonu oleju (T) i zawartość w nim wody (W) są tu nieistotne (brak korelacji z czasem), a zmiana ich wartości ma charakter losowy. AWSO przyjmuje wartości z przedziału 0,1. Wartości bliskie 1 oznaczają, że proces starzenia oleju jest w fazie początkowej ( olej jest świeży ), natomiast wartości bliskie 0 wskazują na stan znacznego zużycia ( olej jest zestarzały ), co objawia się tym, że parametry oleju osiągają wartości bliskie wartościom krytycznym. 3. Nieliniowy przebieg zmian oznaczanych parametrów eksploatacyjnych olejów silnikowych w funkcji czasu ich użytkowania oraz znaczny rozrzut wyników badań [5, 6, 7] spowodowany jest nieregularnym oraz często niezgodnym z obowiązującymi procedurami sposobem pobierania przez załogi maszynowe próbek oleju do analizy. Ścisłe przestrzeganie zasad pobierania i oznakowania reprezentatywnych próbek oleju oraz systematyczna ich kontrola laboratoryjna, mimo losowego charakteru starzenia oleju w silniku, wpłyną pozytywnie na jakość powyższych badań eksploatacyjnych oraz na ich przydatność diagnostyczną. Literatura 1. Aczel A.D., Statystyka w zarządzaniu, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa Bielawski P., Elementy diagnostyki drganiowej mechanizmów tłokowokorbowych maszyn okrętowych, Studia Nr 39, WSM w Szczecinie, Szczecin

17 Analiza statystyczna zmian parametrów eksploatacyjnych olejów smarowych Gajek L., Kałuszko M., Wnioskowanie statystyczne, WNT, Warszawa Krupowies J., Analiza zmian parametrów użytkowych olejów smarowych okrętowych silników pomocniczych, Zeszyty Naukowe Nr 1(73) Akademii Morskiej w Szczecinie, Szczecin 2004, s Krupowies J., Badania pierwiastków śladowych w oleju obiegowym jako element diagnostyki silnika, Studia Nr 34, WSM w Szczecinie, Szczecin Krupowies J., Badania zmian parametrów fizykochemicznych silnikowych olejów smarowych eksploatowanych na statkach Polskiej Żeglugi Morskiej, Studia Nr 27, WSM w Szczecinie, Szczecin Krupowies J., Badania zmian właściwości oleju obiegowego okrętowych silników pomocniczych, Studia Nr 40, WSM w Szczecinie, Szczecin Kukiełka L., Podstawy badań inżynierskich. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa Recenzenci dr hab. inż. Andrzej Piętak, prof. WAT dr hab. inż. Oleh Klyus, prof. AM Adres Autora dr inż. Jan Krupowies Akademia Morska w Szczecinie Instytut Matematyki, Fizyki i Chemii ul. Wały Chrobrego 1/2, Szczecin Wpłynęło do redakcji w lutym 2005 r. 347